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影响轧机轴承寿命的因素及控制方法

时间:2017-03-10 10:22 作者:秩名点击: 次

影响轧机轴承寿命的因素及控制方法：

滚动轴承的早期失效形式，主要有破裂、塑性变形、磨损、腐蚀和疲劳，在正常条件下主要是接触疲劳。轴承零件的失效除了服役条件之外，主要受钢的硬

度、强度、韧性、耐磨性、抗蚀性和无油轴承衬套内应力状态制约。影响这些性能和状态的主要青铜基轴承因素及控制方法：

1.淬火钢中的马氏体：

高碳铬钢原始组织为粒状珠光体时，在淬火自润滑钢套低温回火状态下，淬火马氏体含碳量，明显影响钢的力学性能。强度、韧性在0.5%左右，接触疲劳寿

命在0.55%左右，抗压溃能力在0.42%左右，当GCr15钢淬火马氏体含碳量为0.5%～0.56%时，可以获得抗失效能力最强的综合力学性能。

应该指出，在这种情况下获得的马氏体是隐晶马氏体，测得的含碳量是平均含碳量。实际上，马氏体中的含碳量在微区内是不均匀的，靠近碳化物周围的碳

浓度高于远离碳化物原铁素体部分，因而它们开始发生马氏体转变的温度不同，从而抑制了马氏体晶粒的长大和显微形态的显示而成为隐晶马氏体。它可避

免高碳钢淬火时易出现的显微裂纹，而且其亚结构为强度与韧性均高的位错型板条状马氏体。因此，只有当高碳钢淬火时获得中碳隐晶马氏体时轴承零件才

可能获得抗失效能力最佳的基体。

2.淬火钢中的残留奥氏体：

高碳铬钢经正常淬火后，可含有8%～20%Ar(残留奥氏体)。轴承零件中的Ar有利也有弊，为了兴利除弊，Ar含量应适当。由于Ar量主要与淬火加热奥氏体化

条件有关，它的多少又会影响淬火马氏体的含碳量和未溶碳化物的数量，较难正确反映Ar量对力学性能的影响。为此，固定奥氏条件，利用奥氏体体化热稳

定化处理工艺，以获得不同Ar量，在此研究了淬火低温回火后Ar含量对GCr15钢硬度和接触疲劳寿命的影响。随着奥氏体含量的增多，硬度和接触疲劳寿命

均随之而增加，达到峰值后又随之而降低，但其峰值的Ar含量不同，硬度峰值出现在17%Ar左右，而接触疲劳寿命峰值出现在9%左右。当试验载荷减小时，

因Ar量增多对接触疲劳寿命的影响减小。这是由于当Ar量不多时对强度降低的影响不大，而增韧的作用则比较明显。原因是载荷较小时，Ar发生少量变形，

既消减了应力峰，又使已变形的Ar加工强化和发生应力应变诱发马氏体相变而强化。但如载荷大时，Ar较大的塑性变形与基体会局部产生应力集中而破裂，

从而使寿命降低。应该指出，Ar的有利作用必须是在Ar稳定状态之下，如果自发转变为马氏体，将使钢的韧性急剧降低而脆化。

3.淬火钢中的未溶碳化物：

淬火钢中未溶碳化物的数量、形貌、大小、分布，既受到钢的化学成分和淬火前原始组织的影响，又受奥氏体化条件的影响，有关未溶碳化物对轴承寿命的

影响研究较少。碳化物是硬脆相，除了对耐磨性有利之外，承载时因会(特别是碳化物呈非球形)与基体引起应力集中而产生裂纹，从而会降低韧性和疲劳抗

力。淬火未溶碳化物除了自身对钢的性能产生影响之外，还影响淬火马氏体的含碳量和Ar含量及分布，从而对钢的性能产生附加影响。为了揭示未溶碳化物

对性能的影响，采用不同含碳量的钢，淬火后使其马氏体含碳量和Ar含量相同而未溶碳化物含量不同的状态，经 150℃回火后，由于马氏体含碳量相同，而

且硬度较高，因而未溶碳化物少量增高对硬度增高值不大，反映强度和韧性的压溃载荷则有所降低，对应力集中敏感的接触疲劳寿命则明显降低。因此淬火

未溶碳化物过多对钢的综合力学性能和失效抗力是有害的。适当降低轴承钢的含碳量是提高制件使用寿命的途径之一。

淬火未溶碳化物除了数量对材料性能有影响之外，尺寸、形貌、分布也对材料性能产生影响。为了避免轴承钢中未溶碳化物的危害，要求未溶碳化物少(数量

少)、小(尺寸小)、匀(大小彼此相差很小，而且分布均匀)、圆(每粒碳化物皆呈球形)。应该指出，轴承钢淬火后有少量未溶碳化物是必要的，不仅可以保持足

够的耐磨性，而且也是获得细晶粒隐晶马氏体的必备条件。阀门进口泵工业洗衣机

4.淬火回火后的残留应力：

轴承零件经淬火低温回火后，仍具有较大的内应力。零件中的残留内应力有利和弊两种状态。钢件热处理后，随着表面残留压应力的增大，钢的疲劳强度随

之增高，反之表面残留内应力为拉应力时，则使钢的疲劳强度降低。这是由于零件的疲劳失效出现在承受过大拉应力的时候，当表面有较大压应力残存时，

会抵消同等数值的拉应力，而使钢的实际承受拉应力数值减小，使疲劳强度极限值增高，当表面有较大拉应力残存时，会与承受的拉应力载荷叠加而使钢的

实际承受的拉应力明显增大，即使疲劳强度极限值降低。因此，使轴承零件淬火回火后表面残留较大的压应力，也是提高使用寿命的措施之一(当然过大的残

留应力可能引起零件的变形甚至开裂，应给予足够重视)。

5.钢的杂质含量：

钢中的杂质包括非金属夹杂物和有害元素(酸溶)含量，它们对钢性能的危害往往是相互助长的，如氧含量越高，氧化物夹杂物就越多。钢中杂质对力学性能和

制件抗失效能力的影响与杂质的类型、性质、数量、大小及形状有关，但通常都有降低韧性、塑性和疲劳寿命的作用。

随着夹杂物尺寸的增大，疲劳强度随之而降低，而且钢的抗拉强度越高，降低趋势加大。钢中含氧量增高(氧化物夹杂增多)，弯曲疲劳和接触疲劳寿命在高应

力作用下也随之降低。因此，对于在高应力下工作的轴承零件，降低制造用钢的含氧量是必要的。一些研究表明，钢中的MnS夹杂物，因形状呈椭球状,而且

能够包裹危害较大的氧化物夹杂,故其对疲劳寿命降低影响较小甚至还可能有益,故可从宽控制。

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